化学气相沉积法制备GaN相关的纳米材料

论文摘要

GaN作为第三代半导体材料的典型代表,其研究备受瞩目,被认为是制造蓝光二极管和大功率光电子器件最理想材料。由于GaN纳米材料具有许多明显不同于其块体材料的独特性质,以及在可见光和紫外光光电子器件方面具有广泛的应用前景,近年来对低维GaN纳米材料的研究越来越受到人们的关注,并逐渐成为纳米材料领域的研究热点。但是,目前对GaN纳米材料的合成工艺、微观结构等方面的研究还处在一个初级阶段。因此在这方面非常有必要进行较为深入的研究。本文选用价廉的原料Ga2O3为镓源、NH3作为氮源、H2为还原气体、N2为载气体,采用化学气相沉积方法在Si衬底上合成了形貌各异的GaN低维纳米结构。在前人工作的基础上,对制备工艺进行了的研究。获得主要结论如下：（1）合成反应过程中气体通入方式会影响合成产物的组成和形貌,采用还原气体、载气和N源气体同时通入的方式是最有利的气体通入方式。作为还原气体的H2流量为25sccm （standard cubic centimeter per minute）, N2流量为100sccm时,可以在硅基体上沉积出理想的GaN颗粒膜。（2）Si基体的放置位置对产物的获得有着重要的影响。在距炉中心13-21cm处为产物获得区,在该区域内按照距离炉子中心由远及近分别易形成一维的GaN纳米线、GaN薄膜和GaN/Ga2O3膜。（3）将Si基体放置在较低的炉温区域,制备出花束状的GaN/Ga2O3的混合物,该花束状结构是由表面不光滑、从根部向上逐渐变粗的纳米棒组成。（4）Ga203分解生成的Ga元素与Si基体形成Ga-Si合金,按照气—液—固（VLS）生长机制生长成类柳絮状的SiOx纳米结构,是金属Ga的自催化作用生长出无数根SiOx纳米线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 1.2 GaN的性质
• 1.2.1 GaN晶体结构与物理特性
• 1.2.2 GaN的化学特性
• 1.2.3 GaN的电学特性
• 1.2.4 GaN的光学特性
• 1.3 一维GaN纳米材料制备方法及生长机制
• 1.3.1 模板辅助制备
• 1.3.1.1 碳纳米管模板法
• 1.3.1.2 多孔阳极氧化铝膜（AAO）模板法
• 1.3.1.3 SiNx模板法
• 1.3.1.4 ZnO纳米线模板法
• 1.3.2 催化剂辅助气相反应
• 1.3.3 非模板、非催化剂辅助气相反应
• 1.3.3.1 气相蒸发法
• 1.3.3.2 氧化辅助生长GaN纳米线
• 1.3.3.3 两步生长模式合成GaN纳米线
• 1.4 GaN薄膜制备方法
• 1.4.1 金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）法
• 1.4.2 分子束外延（MBE）法
• 1.4.3 氢化物气相外延（HVPE）法
• 1.4.4 两步生长GaN薄膜的技术
• 1.4.5 热壁（HWE）、磁控溅射（MS）、溶胶—凝胶（Sol-Gel）法
• 1.5 GaN 纳米材料的应用
• 1.5.1 发光器件
• 1.5.2 场效应晶体管
• 1.5.3 紫外探测器
• 1.6 本文研究目的、意义和内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验所用材料及试剂
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 基片
• 2.3 样品制备
• 2.3.1 硅片的清洗
• 2.3.2 反应腔体清理
• 2.3.3 装炉
• 2.3.4 清洗炉管
• 2.3.5 炉子升温
• 2.3.6 制备过程中气路系统操作
• 2.3.7 观测反应现象并认真记录每个细节
• 2.3.8 关闭系统操作
• 2.3.9 取样品
• 2.4 测试表征手段
• 2.4.1 扫描电镜（SEM）
• 2.4.2 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4.3 X射线衍射（XRD）
• 第3章 实验参数变化对实验的影响
• 3.1 实验原理
• 3.2 反应气体不同通入方式对实验的影响
• 3.2.1 实验内容
• 3.2.2 实验结果与讨论分析
• 2通入量对实验的影响'>3.3 H₂通入量对实验的影响
• 3.3.1 实验内容
• 3.3.2 实验结果与讨论分析
• 2通入量对实验影响'>3.4 N₂通入量对实验影响
• 3.4.1 实验内容
• 3.4.2 实验结果与讨论分析
• 3.5 Si基体放置位置对实验影响
• 3.5.1 实验内容
• 3.5.2 实验结果与讨论分析
• 第4章 新颖纳米结构的制备
• 3/GaN纳米结构的制备'>4.1 花束状Ga2O₃/GaN纳米结构的制备
• 4.1.1 实验条件
• 4.1.2 实验结果与讨论
• 4.1.3 生长机理分析
• x的制备'>4.2 类柳絮状SiO_x的制备
• 4.2.1 实验条件
• 4.2.2 实验结果与讨论
• 4.2.3 生长机理分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢